На выставке APEC 2026 было продемонстрировано, что преобразователи напряжения на 800 В как никогда близки к процессорам искусственного интеллекта.
При ознакомлении с выставочным залом на выставке APEC 2026 стало совершенно ясно, что технологии центров обработки данных находятся в фокусе внимания всего текущего и будущего проектирования и разработок. Многие компании демонстрировали новейшие платформы для центров обработки данных с напряжением от 800 В до 6 В и от 800 В до 12 В постоянного тока.
Напряжение от 800 до 12 В
Высоковольтные и высокочастотные решения от Infineon
Компания Infineon поделилась своим серверным оборудованием для поддержки перехода к архитектурам центров обработки данных с использованием преобразователей промежуточной шины, используя либо 800 В-12 В для передачи данных от VRM к ядру, либо 800 В-50 В-6 В для передачи данных от VRM к ядру (рис. 1).
Рис. 1: Пример архитектуры высоковольтного центра обработки данных
На выставке был представлен высоковольтный преобразователь промежуточной шины (IBC) мощностью 6 кВт с напряжением 800 В в 12 В. В эталонном исполнении используются два совмещенных преобразователя LLC с матричной трансформаторной конфигурацией для достижения пикового КПД 98,3% и КПД 97,1% при полной нагрузке, высота которых составляет 8 мм, а габариты – 130 х 40 мм (рис. 2).
На рисунке также показаны высоковольтные преобразователи промежуточной шины с напряжением от 800 В до 54 В для альтернативного подключения от 800 В до 50 В, от 6 В до VRM к ядру. Преобразователь напряжения 800 В в 12 В требует размещения ближе к процессору для уменьшения потерь.
Рис. 2: Преобразователь Infineon мощностью 6 кВт с 800 В в 12 В (слева) и преобразователь Infineon мощностью 3 кВт с 800 В в 50 В (справа)
Согласно Infineon, при таком способе подачи энергии повышение КПД высоковольтных модулей с напряжением от 800 В до 54 В и модулей регулирования напряжения (VRM) компенсирует дополнительные потери в нерегулируемом преобразователе промежуточной шины высокого напряжения (рис. 3).
Рис. 3: Нерегулируемый модуль преобразователя промежуточной шины от Infineon 8:1 мощностью 1,3 кВт.
Это новые преобразователи (8:1) мощностью 1,3 кВт и МВ, которые впоследствии разделяют диапазон входного напряжения 48/50 В на 6 В.
«Обычно мы продаем компоненты заказчикам, которые затем изготавливают модули или готовые решения, но было достаточно клиентов, которым требовался модуль, поэтому мы создали их собственными силами. Мы обладаем всеми необходимыми качествами и компонентами», - сказал Тед Карлин, старший директор по энергетическим системам Infineon.
Согласно Infineon, в высокоинтегрированном решении используется запатентованная гибридная топология с коммутируемым конденсатором (HSC), которая объединяет элементы с коммутируемым конденсатором и автотрансформатор с несколькими захватами.
Решение EPC LV GaN
После осмотра стенда EPC вы сможете ознакомиться с демонстрацией EPC91123, еще одного преобразователя постоянного тока напряжением 800 В в 12,5 В (рис. 4). Это изолированный преобразователь постоянного тока с фиксированным передаточным числом, разработанный для систем питания центров обработки данных для искусственного интеллекта нового поколения. Он использует топологию последовательного ввода и параллельного вывода (ISOP) с 8 чередующимися модулями (каждый мощностью 750 Вт и 60 А), работает на частоте около 1 МГц и выдает мощность 6 кВт при высоте корпуса 8 мм. Чтобы ограничить количество устройств в решении, в нем используется полумост на первичной стороне с полевыми GaN-транзисторами сопротивлением 2,2 Мом и напряжением 150 В и двухтактная топология на вторичной стороне с полевыми транзисторами GaN напряжением 0,8 Мом и напряжением 40 В.
Рис. 4: Плата постоянного тока EPC91123 с ISOP GaN напряжением от 800 В до 12,5 В, рассчитанная на 6 кВт (12,5 В, 480 А)
Согласно EPC, подход с каскадным вводом, или ISOP, позволяет компании разделить решение на более мелкие, управляемые части, что позволяет использовать низковольтные устройства на основе GaN.
«Многие люди говорят, что это 8 модулей, большое количество полевых транзисторов, большое количество драйверов затвора и т.д. Да, это сложно, но в этом есть некоторые преимущества», - отметил представитель EPC.
Он имел в виду емкость, необходимую для сглаживания пульсаций выходного напряжения. Для такого мощного преобразователя, как этот, емкость может быть громоздкой и дорогой:
«Если вы используете однофазный преобразователь, то при таком уровне мощности пульсирующий ток составляет 750 А, а для снижения напряжения до 130 мВ требуется 390 мкФ. Если вы перейдете на две фазы, вы уменьшите напряжение до 155 А и уменьшите емкость в 10 раз. Но если вы переключитесь на четыре фазы, пульсации уменьшатся до 36 А, и вы получите 18-кратное уменьшение емкости».
Короче говоря, большее количество чередующихся фаз означает значительно меньшие пульсации на выходе и гораздо меньшие по размеру и более дешевые конденсаторы, что делает многомодульный подход более практичным, чем может показаться на первый взгляд.
Еще один аспект, который был рассмотрен, касался тепловых преимуществ: 8 модулей, работающих по 750 Вт каждый, означают, что каждый модуль потребляет часть общей мощности, таким образом, тепло распределяется по всей плате. Это может быть особенно важно, учитывая одностороннее охлаждение и ограничения по форм-фактору (тонкий, длинный корпус) конструкций, устанавливаемых в стойку, в отличие от традиционного подхода с воздушным охлаждением.
DC/DC платформы от 800 В до 6 В
Однако переход к DC/DC платформам от 800 В до 6 В тока свидетельствует о значительном изменении показателей энергопотребления и охлаждения. Компания Navitas продемонстрировала свое решение на плате питания (PDB) напряжением от 800 В до 6 В, представленное на выставке GTC буквально на прошлой неделе (рис. 5). Она рассчитана на мощность 20 кВт при напряжении 6 В, что означает, что на графический процессор подается колоссальный ток в 3000 А — заметное увеличение удельной мощности по сравнению с решениями постоянного тока напряжением от 800 В до 12 В и от 800 В до 50 В постоянного тока.
Рис. 5: Преобразователь постоянного напряжения Navitas PDB 800 В 6 В с КПД 96,5%, использующий полномостовую топологию, рассчитан на мощность 20 кВт.
Технические характеристики стойки Kyber, выпуск которой ожидается в следующем году, разработаны компанией NVIDIA и основаны на системе GB200 NVL72 (рис. 6). Эти решения отличаются от традиционных архитектур, особенно в том, что касается инфраструктуры охлаждения и подачи питания.
Рис. 6: Расположение стойки Kyber и стойки с электроприводом, которая консолидирует электронику питания в отдельный модуль, горизонтальное расположение вычислительных устройств и размещение по 18 штук на каждой полке
В традиционных конструкциях блок питания, расположенный в верхней или задней части стойки, преобразует переменный ток в 48 В постоянного тока, который передается по шинам, расположенным по высоте стойки. Затем каждая серверная полка подключается к шине напряжением 48 В, и при извлечении сервера оборудование для преобразования энергии остается в стойке.
Что касается стоек Kyber, то вместо подключения к каскаду напряжением 48 В модуль теперь подключается непосредственно к шине напряжением 800 В, проходящей через стойку, и имеет 100% жидкостное охлаждение. Сверхтонкий форм-фактор (размером примерно с толстую книгу в мягкой обложке) легко помещается в специальное гнездо с жидкостным охлаждением в корпусе серверного лотка.
«Инженеры хотят, чтобы подача питания осуществлялась в лотке», - заявил Лью Воан-Эдмундс, вице-президент и генеральный директор подразделения устройств на основе GaN в Navitas. «PDB должен иметь двухстороннее охлаждение. Он должен располагаться на задней панели графических процессоров Nvidia, чтобы напрямую подключать к ним питание».
Это говорит о том, что решение на плате питания будет располагаться очень близко к самому графическому процессору, подключаясь к заранее определенной среде с жидкостным охлаждением, что имеет смысл, учитывая, что потери I2R при 3000 А стали бы весьма значительными, если бы источник питания находился далеко от процессора искусственного интеллекта.
Это мнение поддержал Прадип Шеной, специалист по вычислительной технике в TI (рис. 7), заявив, что «преобразователь должен быть физически очень близок к завершающей стадии – преобразованию напряжения 6 В в сердечник – потому что в противном случае у вас будут значительные потери мощности и перепады напряжения».
Рис. 7: Архитектура питания TI напряжением 800 В постоянного тока, включающая контроллер «горячей замены» 800 В, преобразователь шины постоянного тока от 800 В до 6 В и многофазный понижающий преобразователь напряжения от 6 В до <1 В в IT-стойке
Несмотря на то, что платформы напряжением от 800 В до 6 В являются передовыми решениями, учитывающими серьезные тепловые характеристики, их очевидным преимуществом является эффективность перехода от более низкого входного напряжения к сердечнику.
«При более низком номинальном напряжении вы можете использовать полевой транзистор с более низким номинальным напряжением в той же области матрицы, что обеспечивает более низкий RDS (on) и больший выходной ток. Таким образом, вы получаете на 30% более высокую пропускную способность по току плюс повышенную эффективность при более низком входном напряжении – своего рода двойное преимущество», - сказал Шеной, имея в виду многофазный понижающий преобразователь TI с напряжением 6 В В < 1 В.
Развивающаяся экосистема
«Если вспомнить, что примерно 5 лет назад стандартной мощностью сервера было 3,3 кВт, но появился модуль GB200 от Nvidia, и тогда потребовалось 8 кВт. Сейчас компания переходит на 12 кВт. Таким образом, вы можете видеть, как быстро все это масштабируется всего за несколько лет», - сказал Карлин из Infineon. Без сомнения, мощность центров обработки данных растет поразительными темпами, однако архитектура промежуточной шины 48 В по-прежнему широко используется. «Архитектура 48 В по-прежнему используется, поэтому я думаю, что соотношение будет 50/50», - заявл Вон-Эдмундс, имея в виду проекты новых центров обработки данных, которые предполагают обновление и модернизацию существующей инфраструктуры для внедрения рабочих нагрузок ИИ.
Несмотря на то, что многие платформы с прямым подключением к сети 12/6 В являются перспективными для перехода к эре 800 В постоянного тока, многим центрам обработки данных еще предстоит пройти несколько этапов. Но многим неясно, как именно будет реализован этот путь. Похоже, что экосистема Nvidia MGX ускоряет реализацию плана, и скорость перехода зависит от самой экосистемы.
«Изначально, когда мы работали с напряжением от 800 до 48 В, было логично, что следующим шагом будет напряжение от 800 до 12 В. Но нам сказали, что, на самом деле, это не стоит пропускать. Эти ребята работают быстрее. Таким образом, можно остановиться на промежуточных этапах или просто продолжить работу», - добавил Воган-Эдмундс.
Шеной из TI поддержал эти заявления: «Можно остановиться, предпринять шаги или просто двигаться прямо. Трудно сказать».
